ΠΕΡΙ ΚΙΝΗΤΗΡΩΝ...

Έχετε σκεφτεί ποτέ όσοι οδηγάτε, πως προχωράει το αυτοκίνητο σας; Πως ένας κινητήρας, μεγάλος ή μικρός σε κυβισμό, με κάνει να πηγαίνω ταξίδια χιλιόμετρα μακριά; Με απλά λόγια, τι κρύβεται κάτω από αυτό που λέμε καπό και κάνει το αμάξι μου να κινείται με μικρές ή μεγάλες ταχύτητες… Σε αυτό το κείμενο, θα προσπαθήσω με απλά λόγια και εικόνες, να εξηγήσω πως δουλεύει αυτό που λέμε μηχανή-κινητήρα”… 

Καύσιμο – Μείγμα 

Για να λειτουργήσει ένας κινητήρας, χρειάζεται καύσιμο.  Το καύσιμο μπορεί να είναι βενζίνη, πετρέλαιο, υγραέριο, φυσικό αέριο ή βιοκαύσιμα… Εμείς θα ασχοληθούμε με κινητήρες που έχουν ως καύσιμο την βενζίνη.  Όταν γεμίζουμε το ρεζερβουάρ του αυτοκίνητου μας με βενζίνη, το καύσιμο πρέπει να μεταφερθεί στον κινητήρα. Αυτό γίνεται με την βοήθεια της αντλίας βενζίνης η οποία αντλεί το καύσιμο από το ρεζερβουάρ και το τροφοδοτεί στον κινητήρα. Επίσης μετά την αντλία τοποθετείται και το λεγόμενο φίλτρο βενζίνης, γιατί η βενζίνη δεν είναι πάντα καθαρή. Το φίλτρο βενζίνης καλό είναι αντικαθιστάται μετά από 15.000 Km. Η αντλία βενζίνης μπορεί να βρίσκεται είτε μέσα στο χώρο του κινητήρα(συμβατικά αυτοκίνητα) είτε μέσα στο ρεζερβουάρ(Καταλυτικά αυτοκίνητα).  Το φίλτρο βενζίνης τοποθετείται είτε στο χώρο του κινητήρα, είτε κάτω από το όχημα.  Η αντλία βενζίνης μπορεί να χαλάσει και να μη φέρνει καύσιμο στον κινητήρα.  

Η βενζίνη όταν φτάσει στον κινητήρα, πρέπει να αναμειχθεί με τον ατμοσφαιρικό αέρα και να δημιουργηθεί το λεγόμενο μείγμα. Άρα το μείγμα είναι αυτό που θα εισέρθει μέσα στον κινητήρα και όχι μόνο η βενζίνη.  Για να δημιουργήσουμε αυτό το μείγμα, στα συμβατικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούσαμε τα λεγόμενα καρμπυρατέρ. Τώρα η ανάμιξη γίνεται με έμμεσο ψεκασμό. Με απλά λόγια, στον κινητήρα εισέρχεται μείγμα βενζίνης και ατμοσφαιρικού αέρα.
 

Λειτουργία κινητήρα – Εισαγωγή μείγματος

Καταρχήν, θα πρέπει να μελετήσουμε τι γίνεται όταν πατάμε γκάζι στο αυτοκίνητο μας. Όταν πατάμε γκάζι, ανοίγουμε την λεγόμενη πεταλούδα η οποία αποτελεί μέρος της τροφοδοσίας του αυτοκινήτου. Στην ουσία, όταν πατάμε γκάζι, ρυθμίσουμε την αναλογία του μείγματος που θα εισέλθει στον κινητήρα και δημιουργούμε μια υποπίεση και ο αέρας εισέρχεται στον κινητήρα και αναμιγνύεται με την βενζίνη. 

Φίλτρο αέρος

Ο ατμοσφαιρικός αέρας, πριν εισέρθει στον κινητήρα, περνάει από το λεγόμενο φίλτρο αέρος, το οποίο συνήθως τοποθετείται μέσα σε κάποιο κουτί, το φιλτροκούτι. Το φίλτρο αέρος καλό είναι να αντικαθιστάται κάθε 15.000 Km. 

Το φίλτρο αέρος τοποθετείται μέσα στο κουτί του.

Το φίλτρο αέρος μπορεί να έχει και την μορφή χοάνης, η λεγόμενη φιλτροχοάνη.  

Το φίλτρο αέρος πάντα το αλλάζουμε με καινούργιο και δεν το βγάζουμε να το φυσήξουμε και να το επανατοποθετήσουμε.

Όπως έχουμε αναφέρει παραπάνω, αυτό που επιθυμούμε είναι να δημιουργηθεί το μείγμα. Αυτό στα περισσότερα αυτοκίνητα γίνεται με έμμεσο ψεκασμό. Ο αέρας έπειτα από το φίλτρο αέρος πηγαίνει στην πολλαπλή εισαγωγής.  Ο αέρας εισέρχεται από την πεταλούδα του γκαζιού και οδηγείται στους αυλούς εισαγωγής. Οι αυλοί είναι  4, όσοι και οι κύλινδροι του κινητήρα. Η ανάμειξη του αέρα με το καύσιμο γίνεται με τη βοήθεια των μπεκ ψεκασμού. Εισέρχεται ατμοσφαιρικός αέρας και τα μπεκ ψεκάζουν την κατάλληλη ποσότητα καυσίμου.

Το μείγμα “κατευθύνεται” προς την λεγόμενη κυλινδροκεφαλή, η οποία φιλοξενεί τις βαλβίδες των κυλίνδρων.  Οι βαλβίδες μπορεί να είναι δύο ανά κύλινδρο ή και παραπάνω.  Στην παρακάτω εικόνα, βλέπουμε 2 βαλβίδες ανά κύλινδρο. Οι κύλινδροι συνήθως είναι τέσσερις στα περισσότερα αυτοκίνητα οπότε, 2*4 = 8 βαλβίδες. Αν τώρα είχαμε τέσσερις βαλβίδες ανά κύλινδρο θα μιλούσαμε για ένα 4*4 = 16 βάλβιδο κινητήρα. Η πολλαπλή εισαγωγής “κουμπώνει” πάνω στην κυλινδροκεφαλή.  Στο παρακάτω σχήμα η πολλαπλή εισαγωγής είναι διαφορετική από την κυλινδροκεφαλή. Ανάμεσα τους παρεμβάλλεται μια φλάντζα για να μην υπάρχουν απώλειες. 

 

ΒΑΛΒΙΔΕΣ – ΚΥΛΙΝΔΡΟΚΕΦΑΛΗ

Η κυλινδροκεφαλή,  “φιλοξενεί” τον εκκεντροφόρο άξονα, τις βαλβίδες και τα ελατήρια των βαλβίδων.  Ο εκκεντροφόρος άξονας είναι αυτός που ανοιγοκλείνει τις βαλβίδες την σωστή χρονική στιγμή.  Οι εκκεντροφόροι άξονες φαίνονται στην παρακάτω εικόνα.  Ο  εκκεντροφόρος άξονας κινείτε με τη βοήθεια του γραναζιού του εκκεντροφόρου. 

Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζεται ο εκκεντροφόρος άξονας μαζί με το γρανάζι του.  Ο εκκεντροφόρος άξονας μπορεί να κινείται με καδένα ή με ιμάντα, όπως θα εξηγήσουμε παρακάτω.

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε τις βαλβίδες μαζί με τα ελατήρια.  

Στην παρακάτω εικόνα, φαίνεται ξεκάθαρα η διάταξη των βαλβίδων, των ελατηρίων και των εκκεντροφόρων. Όπως βλέπουμε, οι βαλβίδες με τα ελατήρια παίρνουν κίνηση από τους εκκεντροφόρους οι οποίοι περιστρέφονται από τα γρανάζια τους.  Ο κινητήρας της εικόνας έχει δύο εκκεντροφόρους και 4 βαλβίδες ανά κύλινδρο.  Οπότε μιλάμε για ένα δεκαεξαβάλβιδο κινητήρα.  [ 4 κύλινδροι*4 βαλβίδες ] = 16. 

Παρακάτω βλέπουμε την φλάντζα κεφαλής, η οποία τοποθετείται ανάμεσα στην κυλινδροκεφαλή και τον κορμό ( Block ) του κινητήρα. 

Οι οπές των βαλβίδων εισαγωγής είναι πάντα μεγαλύτερες από αυτές των βαλβίδων εξαγωγής. Αυτός ο σχεδιασμός γίνεται επειδή αυτό που επιδιώκουμε σε έναν κινητήρα είναι να εισέλθει όσο περισσότερο μείγμα γίνεται.  

Με απλά λόγια πάνω στην κυλινδροκεφαλή από την μεριά της εισαγωγής, τοποθετείται η πολλαπλή εισαγωγής για την εισαγωγή του μείγματος  και από την άλλη μεριά η πολλαπλή εξαγωγής για την έξοδο των καυσαερίων. Στην πολλαπλή εισαγωγής οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται δεν είναι υψηλές  αντίθετα με την πολλαπλή εξαγωγής όπου και αναπτύσσονται υψηλές θερμοκρασίες μετά την καύση.

Η πολλαπλή εισαγωγής στα περισσότερα οχήματα κατασκευάζεται από αλουμίνιο και σε κάποια από πλαστικό ενώ η πολλαπλή εξαγωγής κατασκευάζεται από μαντέμι για να αντέχει τις υψηλές θερμοκρασίες .

ΚΟΡΜΟΣ ΚΙΝΗΤΗΡΑ – BLOCK

Ο κορμός (Block) του κινητήρα είναι η “καρδιά” του κινητήρα. Ο κορμός φιλοξενεί τα πιστόνια, τους διωστήρες, τον στροφαλοφόρο άξονα και άλλα εξαρτήματα που θα τα αναφέρουμε παρακάτω. Στην παρακάτω εικόνα παρουσιάζεται ο κορμός ενός τετρακύλινδρου κινητήρα. 

 

Οι οπές που βλέπουμε στην παρακάτω εικόνα ονομάζονται κύλινδροι. Τα περισσότερα οχήματα έχουν τέσσερις κυλίνδρους αλλά μπορεί να είναι και τρείς ή και περισσότεροι.  Για παράδειγμα στην Formula 1 αυτή την στιγμή είναι οχτώ κύλινδροι και παλιότερα έφταναν τους δέκα.  Επειδή στον κορμό του κινητήρα οι θερμοκρασίες που αναπτύσσονται είναι πολύ υψηλές, ο κορμός περιμετρικά διαθέτει υδροχιτώνια  για την ψύξη του.  Ουσιαστικά περιμετρικά του κορμού, μέσω των χιτωνίων αυτών, διέρχεται το “νερό” του ψυγείου…

Όπως φαίνεται από τις φωτογραφίες της κυλινδροκεφαλής, το κάτω μέρος της κυλινδροκεφαλής  “κουμπώνει” πάνω στον κορμό του κινητήρα και ανάμεσα τους παρεμβάλλεται η φλάντζα κεφαλής.

ΔΙΩΣΤΗΡΑΣ – ΠΙΣΤΟΝΙΑ – ΕΛΑΤΗΡΙΑ 

 

 

 

ΣΤΡΟΦΑΛΟΦΟΡΟΣ ΑΞΟΝΑΣ 

Ο στροφαλοφόρος άξονας παλινδρομεί τα έμβολα. Ο διωστήρας που είδαμε παραπάνω τοποθετείται πάνω στο στροφαλοφόρο άξονα. Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε μόνο τον στροφαλοφόρο άξονα, χωρίς τα έμβολα. 

 

Στην παρακάτω εικόνα βλέπουμε τον στροφαλοφόρο άξονα μαζί με τα έμβολα. Οι κινητήρες που χρησιμοποιούν στροφαλοφόρο άξονα ονομάζονται παλινδρομικοί κινητήρες. Αυτό επειδή ο μηχανισμός στροφαλοφόρου άξονα εκτελεί κίνηση παλινδρομική.   Όλη αυτή η διάταξη, πρέπει να λιπαίνεται γιατί οι τριβές που αναπτύσσονται είναι τεράστιες. Για να γίνει κατανοητό, όταν βλέπουμε στο στροφόμετρο του αυτοκινήτου μας  4000 στροφές/λεπτό, σημαίνει ότι ο στροφαλοφόρος άξονας κάνει 4000 στροφές το λεπτό. Στην Formula 1 οι στροφές μπορεί να φτάσουν και τις 18.000 στροφές το λεπτό. Το λάδι λοιπόν που αλλάζουμε στον κινητήρα, λιπαίνει και τον στροφαλοφόρο άξονα με τα έμβολα. Αν δεν αλλάζουμε τακτικά το λάδι στον κινητήρα μας είναι πολύ πιθανόν να δημιουργήσουμε πρόβλημα σε όλη αυτή τη διάταξη. Για αυτό είναι σημαντικό να βάζουμε λάδια που συστήνει ο κατασκευαστής και να τα αλλάζουμε κάθε 5.000 Km ή κάθε 7.500 km αν το λάδι είναι καλής ποιότητος. 

ΧΡΟΝΙΣΜΟΣ

Ένας βενζινοκίνητος  παλινδρομικός κινητήρας, λειτουργεί συνήθως  με τέσσερις χρόνους και σε κύκλο Otto.  Δηλαδή τα έμβολα εκτελούν παλινδρομική κίνηση με σωστό χρονισμό. Ας αναλύσουμε το παρακάτω διάγραμμα, το οποίο παρουσιάζει τους τέσσερις χρόνους. 

 

1^ος χρόνος  - ΙΝΤΑΚΕ: Εισαγωγή μείγματος. Το έμβολο κατεβαίνει προς τα κάτω και ανοίγει η βαλβίδα εισαγωγής για να εισέλθει το μείγμα μέσα στον κύλινδρο.

2^ος χρόνος – COMPRESSION: Συμπίεση μείγματος. Το έμβολο ανεβαίνει προς τα πάνω και συμπιέσει το μείγμα μέσα στον κύλινδρο. Και οι δύο βαλβίδες είναι κλειστές.

3^ος χρόνος – IGNITION: Ανάφλεξη μείγματος ή καύση.  Όπως ανεβαίνει το έμβολο και συμπιέζει το μείγμα πριν φτάσει στο άνω σημείο, το μπουζί δημιουργεί μια σπίθα και το μείγμα αναφλέγεται.  Και η δύο βαλβίδες εξακολουθούν να είναι κλειστές.

4^ος χρόνος – EXHAUST: Εξαγωγή καυσαερίων. Ανοίγει η βαλβίδα εξαγωγής.

Το παραπάνω διάγραμμα αναφέρεται σε ένα έμβολο. Ένας κινητήρας με τέσσερα έμβολα πραγματοποιεί αυτή την διαδικασία για κάθε έμβολο ξεχωριστά.  Το πιο δύσκολο είναι ότι τα έμβολα πραγματοποιούν αυτή την διαδικασία σε διαφορετικές χρονικές στιγμές  και όχι όλα μαζί. Δηλαδή υπάρχει χρονισμός του κινητήρα…

Αν σας  αρέσουν  τα άρθρα του vehiclestech.blogspot.gr στηρίξτε μας με μια δωρεά στο παρακάτω Donate Button.